變異系數法確定復雜地區鉆孔涌水量的應用研究

路乾乾 任華平

（新疆中核天山鈾業有限公司，新疆 伊犁835000）

鉆孔是地浸采鈾的基本通道，由鉆孔連接含礦含水層的單井單位涌水量是進行和評價地浸法采鈾技術參數之一，一般在地浸采鈾試驗或生產采區鉆孔施工時，采用該區域地質勘探的水文孔涌水量或相鄰生產采區運行鉆孔的抽注液量作為鉆孔施工的驗收標準。但在礦層滲透性差，含礦含水層巖性變化復雜的地質條件下，各個礦層區域地下水補給流速有所差異，所施工鉆孔的實際水量與驗收標準水量相差太大，無法科學合理地評價鉆孔涌水量，導致鉆孔工程無法驗收。有必要通過研究、評價、推薦在未知礦層區域鉆孔施工時驗收水量，推進鉆孔工程施工。

1 影響鉆孔驗收水量地質因素

鉆孔單井涌水量的大小客觀取決該區域含礦含水層地下水動力、礦層巖石的性質及滲透性能，主觀取決于鉆孔施工過程中科學鉆進、成井、開發[1]。

1.1 地下水動力

在確保鉆孔質量良好的前提下，鉆孔涌水量的大小主要取決于周邊地下水的補給流速[2]，而地下水流速取決于含礦含水層巖性滲透性能的大小。如某礦床礦化主要產于辨狀河流和洪泛沉積，在不同水動力條件下，其沉積物的結構構造特點完全不同。河道沉積，水動力較強，雜基含量少，結構以顆粒支撐為主，透水性好，巖性以粗碎屑的砂礫巖、砂巖為主。砂體間有的存在較好的連通性、滲透性好。洪泛沉積水動力弱，主要沉積一套細碎屑的粉砂、鈣質膠結及泥互層，孔隙度小，滲透性差，相對不透水[3]。

1.2 巖石性質

巖石作為地下水的儲存介質，對地下水的運移有重要的影響。首先，巖石孔隙的大小、數量及連續性情況影響地下水的分布和運動方向，尤其是巖石的孔隙大小對水的流動影響更大，孔隙度越大，地下水的流速就越快。其次是巖石的分選性越差，巖性變化越復雜，礦層的孔隙度就越小，地下水流向的通道越復雜，鉆孔的涌水量就越小。如某礦床含礦含水層巖性變化復雜，不連續透鏡狀鈣質巖和泥巖分布較多，一般為2～5 層，且延續較短，表明了礦層地下水運動的不均勻性，在同一礦層區域鉆孔涌水量變化較大。

2 數據統計

2.1 鉆孔水量統計

在確保鉆孔和洗孔質量合格的前提下，對測量的單井涌水量進行初步數據統計，并根據其不同鉆孔結構水量的變化進行區域劃分，計算同一區域內鉆孔水量出現的頻率。如某采區施工28 個鉆孔，鉆孔采用填礫式結構，抽液鉆孔井管規格為Φ148×10mm UPVC 管，注液鉆孔井管規格為Φ100×10mm UPVC 管[4]。鉆孔施工質量合格，初始涌水量統計如下表1。

表1 鉆孔初始涌水量統計表

2.2 鉆孔水量均方差的計算

鉆孔水量均方差是衡量同區域鉆孔水量大小變化的參數，數值越小，說明各個附近地下水動力變化幅度愈小。由于地層變化大，各鉆孔的初始涌水量變化大，不宜直接采用均方差，而需采用均方差與平均數的比值來比較。通過鉆孔水量均方差、變異系數分析鉆孔涌水量波動性大小[5]。

將初始涌水量數據代入公式⑴和⑵計算可知，該采區鉆孔涌水量均方差S 為1.01，變異系數C.V 為0.34。

2.3 不同功能鉆孔變異系數的計算

在地下水動力相同的情況下，在一定范圍之內，鉆孔的涌水量與過濾器過水段面積有關[6]。將表1 數據代入公式⑴和⑵，分別計算不同功能鉆孔的變異系數。計算出注液鉆孔涌水量均方差S 為1.13，變異系數C.V 為0.38；抽液鉆孔涌水量均方差S 為0.73，變異系數C.V 為0.25。該區域抽液鉆孔涌水量變異系數較注液鉆孔小。

3 統計結果確定驗收指標

該采區所施工的28 個鉆孔初始涌水量為1.5～5.0m3/h 之間，變化范圍較大。根據變化范圍將其分為1.5～2.0m3/h、2.1～3.0m3/h、3.1～4.0m3/h 和4.1～5.0m3/h 四個區間，根據計算鉆孔初始涌水量相同區間內鉆孔個數頻率、平均水量、均方差及變異系數。通過分析對比，綜合評價，得出該區域鉆孔驗收水量。

表2 抽液鉆孔涌水量不同區間變異系數表

表3 注液鉆孔涌水量不同區間變異系數表

通過以上數據分析可知，在鉆孔涌水量2.0～2.9m3/h 這個區間，鉆孔出現的頻率、平均涌水量值、均方差及變異系數值較接近。取鉆孔涌水量2.0～2.9m3/h 區間鉆孔平均涌水量值作為該區域鉆孔驗收水量的標準。抽液鉆孔驗收標準2.3m3/h，注液鉆孔驗收標準2.3m3/h。

4 鉆孔驗收

在制定鉆孔驗收水量的標準后，對所施工的鉆孔進行驗收，在確保鉆孔施工和洗孔質量合格的前期下，根據統計數據確定的標準驗收水量進行驗收。

該區域施工的28 個鉆孔，抽液鉆孔以2.3m3/h 為驗收標準，符合標準鉆孔數為8 個，不符合標準鉆孔數為2 個；注液鉆孔以2.3m3/h 為驗收標準，符合標準鉆孔數為11 個，不符合標準鉆孔數為7 個。根據變異系數法，該區域施工的28 個鉆孔，符合標準鉆孔數為19 個，不符合標準鉆孔數為9 個。

5 結論

在無污染或最小化污染含礦含水層進行地浸采鈾鉆孔施工，鉆孔施工質量合格，鉆孔涌水量變化較大，根據生產能力設計的單井涌水量無法達到驗收標準，且水文地質條件復雜時，建議采用變異系數法來確定鉆孔涌水量指標。